JP6531250B2 - 軸トルク制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る軸トルク制御装置7が用いられた試験システムSの構成を示す図である。試験システムSは、供試体であるエンジンEと、ダイナモメータ2と、結合軸3と、インバータ4と、軸トルクメータ5と、スロットルアクチュエータ6と、軸トルク制御装置7と、を備える。試験システムSは、スロットルアクチュエータ6によってエンジンEのスロットル開度を制御しながら、ダイナモメータ2をエンジンEの動力吸収体として用いることにより、エンジンEの様々な特性を測定する所謂エンジンベンチシステムである。
図5は、実施例1の軸トルク制御装置の設計に用いられる一般化プラントPaの構成を示す図である。
図6は、実施例2の軸トルク制御装置の設計に用いられる一般化プラントPbの構成を示す図である。実施例2の一般化プラントPbは、公称プラントNbの構成と、変動入力η及び変動出力ξの設定と、第4重み関数Wηの設定と、変動伝達関数ΔPR(s)の構成と、が図5に示す実施例1の一般化プラントPaと異なる。以下の一般化プラントPbの説明において、一般化プラントPaと同じ構成については説明を省略する。
図11は、実施例1の軸トルク制御装置を適用した試験システムにおける軸トルク指令信号のステップ応答を示す図である。図12は、実施例1の軸トルク制御装置を適用した試験システムにおけるスロットル開度指令信号のステップ応答を示す図である。
図13は、実施例2の軸トルク制御装置を適用した試験システムにおける軸トルク指令信号のステップ応答を示す図である。図14は、実施例2の軸トルク制御装置を適用した試験システムにおけるスロットル開度指令信号のステップ応答を示す図である。
図9〜図14において、左側には結合軸が低剛性領域内にある時における各種応答を示し、右側には結合軸が高剛性領域内にある時における各種応答を示す。図9〜図14の上段には、スロットル開度指令信号を示す。図9〜図14の下段は、軸トルク検出信号、軸トルク指令信号を、それぞれ濃淡を変えて示す。ここで軸トルク検出信号には、エンジンの脈動トルクに起因するノイズが含まれている。そこで図9〜図14の下段には、参考のため、10Hzのローパスフィルタを用いることによって脈動トルクに起因するノイズを除いた軸トルク指令信号も示す。
図15は、実施例3の軸トルク制御装置の設計に用いられる一般化プラントPcの構成を示す図である。実施例3の一般化プラントPcは、新たに第3外乱入力w3が設定されている点と、第2外乱入力w2に重み関数が設定されていない点と、変動入力ηには重み関数が設定されていない点と、変動伝達関数ΔPR(s)の構成と、が図6に示す実施例2の一般化プラントPbと異なる。以下の一般化プラントPcの説明において、一般化プラントPbと同じ構成については説明を省略する。
E…エンジン(供試体)
2…ダイナモメータ
3…結合軸
5…軸トルクメータ
7…軸トルク制御装置
8…フィードバック制御系
P,Pa,Pb…一般化プラント
N,Na,Nb…公称プラント
K…コントローラ
Δ…変動項
ΔPR(s)…変動伝達関数
k0…ばね剛性の公称値
kmin…ばね剛性の変動範囲の下限値
kmax…ばね剛性の変動範囲の上限値
u…制御入力
w1…第1外乱入力
w2…第2外乱入力
z1…第1評価出力
z2…第2評価出力
y1…第1観測出力
Wu…第1重み関数
We…第2重み関数
Wd…第3重み関数
Wη…第4重み関数
Claims (8)
- 供試体入力に応じてトルクを発生する供試体と、トルク電流指令信号に応じてトルクを発生するダイナモメータと、そのばね剛性が変動する特性を有しかつ前記供試体と前記ダイナモメータとを接続する結合軸と、前記結合軸における軸トルクを検出する軸トルクメータと、を備えた試験システムにおいて、前記軸トルクメータの軸トルク検出信号と当該軸トルク検出信号に対する軸トルク指令信号とを用いて前記トルク電流指令信号を生成する軸トルク制御装置であって、
前記軸トルク制御装置は、前記供試体入力及び前記トルク電流指令信号から前記軸トルク検出信号までの前記試験システムの入出力特性を模した公称プラントと、当該公称プラントを有する一般化プラントと、当該一般化プラントの出力を用いて当該一般化プラントの入力を与えるコントローラと、前記公称プラントに対し所定の変動伝達関数に基づいて変動を与える変動項と、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすように定められた前記コントローラを備え、
前記公称プラントは、2つの慣性体を所定の公称値のばね剛性を有する軸で連結して構成される2慣性系に基づいて構築され、
前記公称値は、前記結合軸のばね剛性に想定される変動範囲の下限値に定められ、
前記変動伝達関数は、正実関数でありかつ前記公称プラントのばね剛性を前記公称値から増加させるように定められ、
前記設計条件は、前記フィードバック制御系における外乱入力及び評価出力をw及びzとし、前記変動項における変動入力及び変動出力をη及びξとし、これら入出力w,z,η,ξの複素共役転置をそれぞれw*,z*,η*,ξ*とした場合、任意の周波数ωに対し下記不等式を満たすこと、であることを特徴とする軸トルク制御装置。
- 前記フィードバック制御系において、前記コントローラは前記トルク電流指令信号に相当する制御入力を前記公称プラントへ入力し、前記制御入力に所定の第1重み関数で重み付けされたものは第1評価出力として定義され、
前記第1重み関数は、低周波数帯域よりも高周波数帯域で大きなゲインを有することを特徴とする請求項1に記載の軸トルク制御装置。 - 前記フィードバック制御系において、前記軸トルク指令信号に相当する第1外乱入力と前記軸トルク検出信号に相当する前記公称プラントの出力と差に所定の第2重み関数で重み付けされたものは第2評価出力として定義され、
前記第2重み関数は、積分特性を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の軸トルク制御装置。 - 前記フィードバック制御系において、前記公称プラントには前記供試体入力に相当する第2外乱入力に所定の第3重み関数で重み付けされたものが入力され、
前記第3重み関数は、前記供試体の変動トルクが大きくなる特定の周波数帯域で大きなゲインを有することを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の軸トルク制御装置。 - 前記公称プラントは、前記供試体の慣性モーメントを有する第1慣性体と前記ダイナモメータの慣性モーメントを有する第2慣性体とを公称値k0のばね剛性及び公称値Dの損失を有する軸で連結して構成される2慣性系に基づいて構築され、
前記公称プラントにおいて前記第1慣性体と前記第2慣性体との速度差から前記軸トルク検出信号までの伝達関数をGa3(s)とした場合、前記変動項における変動入力η及び変動出力ξは、前記伝達関数Ga3(s)に対し乗法的変動を与えるように設定され、
前記伝達関数Ga3(s)及び前記変動伝達関数ΔPR(s)は、δD及びδKを0以上の実数として下記式によって表されることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の軸トルク制御装置。
- 前記供試体の慣性モーメントをJEとし、前記ダイナモメータの慣性モーメントをJDとし、微小定数をTΔとした場合、前記公称プラントにおいて、前記第1慣性体のトルクと前記軸のトルクとの和から前記第1慣性体の回転数までの伝達関数Ga1(s)及び前記第2慣性体のトルクと前記軸のトルクとの差から前記第2慣性体の回転数までの伝達関数Ga2(s)は、それぞれ下記式によって表されることを特徴とする請求項5に記載の軸トルク制御装置。
- 前記変動項における変動入力η及び変動出力ξは、前記公称プラントにおけるばね剛性の公称値k0に対し加法的変動を与えるように設定され、
前記変動入力ηには、第4重み関数Wηが設定され、
前記第4重み関数Wη及び前記変動伝達関数ΔPRは、kmin及びkmaxをそれぞれ前記結合軸のばね剛性に想定される変動範囲の下限値及び上限値とし、δを0以上かつ1以下の実数として下記式によって表されることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の軸トルク制御装置。
- 前記変動項における変動入力η及び変動出力ξは、前記公称プラントにおけるばね剛性の公称値k0に対し加法的変動を与えるように設定され、
前記変動伝達関数は、複素平面において実軸上にその中心が定められた円の範囲内の複素数であることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の軸トルク制御装置。
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